釩液流電池智能控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種釩液流電池智能控制系統(tǒng)，包括電池堆及一控制設(shè)備，該電池堆的正、負(fù)端分別通過(guò)管路、電解液循環(huán)泵連接正極電解液罐和負(fù)極電解液罐，使電解液能夠在正、負(fù)極電解液罐和電池堆之間循環(huán)流動(dòng)；所述控制設(shè)備包括有電源管理模塊、控制模塊、通訊模塊、信號(hào)處理模塊和動(dòng)力單元；該電源管理模塊的輸入端連接電池堆，輸出端連接控制模塊、信號(hào)處理模塊；該信號(hào)處理模塊輸入端連接電池堆，輸出端連接控制模塊；該控制模塊與動(dòng)力單元連接，且該控制模塊還連接用于與外界通訊的通訊模塊。本發(fā)明各個(gè)模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，且能實(shí)時(shí)對(duì)電池堆運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，能有效提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，適應(yīng)不同規(guī)格的釩液流電池配置。
【專利說(shuō)明】釩液流電池智能控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及釩液流電池，尤其涉及一種釩液流電池智能控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，釩液流電池是大容量蓄電池領(lǐng)域最新型的技術(shù)之一。釩液流電池是在外接電解液循環(huán)泵作用下使正負(fù)極電解液流動(dòng)于兩個(gè)半電池之間，完成電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，通過(guò)單電池串聯(lián)和并聯(lián)的方式組成大功率大容量的電池堆。釩電池是電化學(xué)反應(yīng)裝置，其工作狀態(tài)隨時(shí)變化，為了滿足負(fù)載對(duì)電池功率要求，提供給負(fù)載性能穩(wěn)定的電源，釩液流電池智能控制系統(tǒng)需要對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如電池堆電壓、電流、溫度、電解液流量等，以保證釩電池可靠、有效和安全的運(yùn)行。
[0003]我國(guó)對(duì)釩電池的研究和開(kāi)發(fā)起步較晚，釩液流電池行業(yè)還沒(méi)有建立完善的標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)研發(fā)單位研發(fā)的釩液流電池的型號(hào)規(guī)格都不同，需要配置獨(dú)有的一套釩液流電池控制系統(tǒng)，這些控制系統(tǒng)存在以下問(wèn)題:(I)控制系統(tǒng)通用性不強(qiáng)，每個(gè)研發(fā)單位都需要研發(fā)控制系統(tǒng)；(2)不具有可視化操作，控制系統(tǒng)復(fù)雜，操控技術(shù)使用人員不易掌握，處理速度較慢，尤其是狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)；(3)不具有系統(tǒng)自診斷功能和調(diào)試功能，很難判斷出是系統(tǒng)內(nèi)部故障還是外部故障，使系統(tǒng)可靠性降低，排查系統(tǒng)問(wèn)題時(shí)間長(zhǎng)；(4)系統(tǒng)配置不夠靈活，對(duì)釩液流電池堆產(chǎn)品多樣化適應(yīng)性不強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的這些問(wèn)題，本發(fā)明提供一種釩液流電池智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種規(guī)格的釩液流電池，而且安裝和維護(hù)方便，能有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種釩液流電池智能控制系統(tǒng)，包括電池堆及一控制柜，該電池堆的正、負(fù)端分別通過(guò)管路、電解液循環(huán)泵連接正極電解液罐和負(fù)極電解液罐，使電解液能夠在正、負(fù)極電解液罐和電池堆之間循環(huán)流動(dòng)；所述控制柜包括有電源管理模塊、控制模塊、通訊模塊、信號(hào)處理模塊和動(dòng)力單元；該電源管理模塊的輸入端連接電池堆，輸出端連接控制模塊、信號(hào)處理模塊；該信號(hào)處理模塊輸入端連接電池堆，輸出端連接控制模塊；該控制模塊與動(dòng)力單元連接，且該控制模塊還連接用于與外界通訊的通訊模塊。
[0006]上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述信號(hào)處理模塊通過(guò)傳感器模塊與電池堆連接，該傳感器模塊設(shè)置于電池堆上。
[0007]上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述控制模塊還通過(guò)輸入輸出總線連接人機(jī)交互界面，該人機(jī)交互界面設(shè)有手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕、運(yùn)行指示燈、警報(bào)燈、狀態(tài)指示燈、電解液循環(huán)泵運(yùn)行狀況畫面，實(shí)現(xiàn)可視化操作，巡視員能夠?qū)崟r(shí)直觀的了解電池堆運(yùn)行工況，該控制系統(tǒng)可以通過(guò)切換按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)、調(diào)試、診斷四種運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換。
[0008]上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述控制模塊通過(guò)通訊模塊與工業(yè)PC機(jī)連接。[0009]所述電源管理模塊外接交流電源和電池堆直流電源，且兩電源自動(dòng)檢測(cè)切換，輸出控制設(shè)備所需各種規(guī)格電源。
[0010]所述控制模塊由DSP和PLC及外圍元器件組成，接收信號(hào)處理模塊的數(shù)字信號(hào)，使用內(nèi)部算法對(duì)其邏輯運(yùn)算，計(jì)算出電池堆的SOC值、功率、能效等實(shí)時(shí)工作參數(shù)并傳送到人機(jī)交互界面和工業(yè)PC機(jī)顯示，輸出控制信號(hào)和邏輯變量到動(dòng)力單元調(diào)整電池運(yùn)行工況。
[0011]所述信號(hào)處理模塊采用單片機(jī)做前端采集控制器并使用多路復(fù)用技術(shù)，將傳感器模塊輸出的電信號(hào)濾波整形，調(diào)整后的模擬電信號(hào)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為控制模塊所能接受的數(shù)字信號(hào)。
[0012]所述傳感器模塊將被測(cè)物理信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)傳給信號(hào)處理模塊，且該傳感器模塊包括電池堆電壓傳感器、單電池電壓傳感器、電池堆電流傳感器、電池堆溫度傳感器、電解液溫度傳感器、正極電解液壓力傳感器、正極電解液流量傳感器、負(fù)極電解液壓力傳感器、負(fù)極電解液流量傳感器。
[0013]所述動(dòng)力單元包括驅(qū)動(dòng)電解液循環(huán)泵的變頻器和管路控制的電磁閥，接受控制模塊發(fā)出的控制信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器輸出，從而調(diào)節(jié)電解液循環(huán)泵運(yùn)行速度、風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度；通過(guò)調(diào)節(jié)電磁閥開(kāi)通比例調(diào)節(jié)管路電解液流量。
[0014]所述通訊模塊負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換通訊信號(hào)和傳送規(guī)約，保證控制模塊、工業(yè)PC機(jī)之間順暢的通訊和信號(hào)的傳遞。
[0015]本發(fā)明釩液流電池智能控制系統(tǒng)所有模塊都是獨(dú)立設(shè)計(jì)，可以配置成不同的方案供用戶選擇，如:
控制模塊、電源管理模塊、信號(hào)處理模塊、通訊模塊、動(dòng)力單元連接為基礎(chǔ)模塊，可組成基礎(chǔ)控制系統(tǒng)單元，對(duì)獨(dú)立運(yùn)行的釩液流電池進(jìn)行智能控制；
控制模塊、電源管理模塊、信號(hào)處理模塊、通訊模塊、動(dòng)力單元、人機(jī)交互界面，可組成可視化的控制系統(tǒng)單元，巡視員可現(xiàn)場(chǎng)直觀的觀察到電池工作現(xiàn)狀；
兩個(gè)以上基礎(chǔ)控制系統(tǒng)單元或者可視化控制系統(tǒng)單元通過(guò)通訊模塊連接在一起，組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)；通訊模塊連接到工業(yè)PC機(jī)，用戶可遠(yuǎn)程監(jiān)視并控制系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)記錄保存并打印功能；
用戶可根據(jù)自身需求定制系統(tǒng)，同時(shí)也可以改變控制策略，在不同的工況下啟動(dòng)不同功率的模塊適應(yīng)負(fù)載。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明適應(yīng)于任意規(guī)格的釩液流電池，安裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制穩(wěn)定，通過(guò)人機(jī)交互界面可監(jiān)視和調(diào)整有關(guān)參數(shù)，適應(yīng)各種運(yùn)行工況的要求，可靠保證電池安全穩(wěn)定的運(yùn)行，達(dá)到理想電池性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明釩液流電池智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0018]圖2是本發(fā)明釩液流電池智能控制系統(tǒng)的電氣安裝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合圖1、圖2對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]如圖1、圖2所示，本發(fā)明釩液流電池智能控制系統(tǒng)一實(shí)施例包括電池堆01及一控制柜23。該電池堆Ol的正、負(fù)端分別通過(guò)管路21連接正極電解液罐A和負(fù)極電解液罐B，管路21中串接電解液循環(huán)泵02、10和熱交換器13、17，使電解液能夠在正、負(fù)極電解液罐A、B和電池堆01之間循環(huán)流動(dòng)。該控制柜23包括有電源管理模塊21、控制模塊11、通訊模塊71、信號(hào)處理模塊51和動(dòng)力單元31。該電源管理模塊21的輸入端連接電池堆01的負(fù)載端，輸出端連接控制模塊11、信號(hào)處理模塊51。該信號(hào)處理模塊51輸入端連接電池堆01，輸出端連接控制模塊11 ;該控制模塊經(jīng)I/O模塊與動(dòng)力單元31連接，且該控制模塊11還經(jīng)輸出輸入總線連接用于與外界通訊的通訊模塊71。在本實(shí)施例中，信號(hào)處理模塊51通過(guò)傳感器模塊41與電池堆01連接，該傳感器模塊41設(shè)置于電池堆01上。該控制模塊11還通過(guò)輸入輸出總線連接人機(jī)交互界面61，該人機(jī)交互界面61設(shè)有手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕、運(yùn)行指示燈、警報(bào)燈、狀態(tài)指示燈、電解液循環(huán)泵運(yùn)行狀況畫面，本發(fā)明可以通過(guò)切換按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)、調(diào)試、診斷四種運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換。該控制模塊11還通過(guò)通訊模塊71與工業(yè)PC機(jī)81連接。
[0021]該傳感器模塊41包括電池堆電壓傳感器20、單電池電壓傳感器(未畫出)、電池堆電流傳感器15、電池堆溫度傳感器19、電解液溫度傳感器(03、18、09、12)、正極電解液壓力傳感器16、正極電解液流量傳感器04、負(fù)極電解液壓力傳感器14、負(fù)極電解液流量傳感器
08。信號(hào)處理模塊51首先將傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波整形處理，處理后的信號(hào)由采集單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換順序和速度，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過(guò)串行數(shù)據(jù)總線傳給控制模塊11。信號(hào)輸入側(cè)設(shè)有過(guò)壓保護(hù)電路和多路復(fù)用電路。
[0022]控制模塊11由DSP和PLC及外圍元器件構(gòu)成，DSP控制器承擔(dān)數(shù)字信號(hào)浮點(diǎn)運(yùn)算任務(wù)，將從信號(hào)處理模塊51接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、有效值等算法處理后，計(jì)算電池SOC狀態(tài)和電池內(nèi)阻等各種內(nèi)部參數(shù)，DSP控制器運(yùn)算出的各種參數(shù)傳給PLC，PLC根據(jù)邏輯程序進(jìn)行邏輯判斷出電池堆運(yùn)行工況，輸出控制模塊11的信號(hào)通過(guò)I/O模塊傳輸給動(dòng)力單元24。同時(shí)這些信號(hào)和數(shù)據(jù)也上傳到PC和HMI人機(jī)交互界面61上，進(jìn)行顯示和保存。在PC機(jī)上可以方便的查閱和打印歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。
[0023]動(dòng)力單元31包括驅(qū)動(dòng)電解液循環(huán)泵(02、10)、熱交換器(13、17)的變頻器和實(shí)現(xiàn)管路控制的電磁閥(05、07)，接收控制模塊11的信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率和電壓，調(diào)節(jié)電解液循環(huán)泵(02、10)運(yùn)行速度、風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度；通過(guò)調(diào)節(jié)電磁閥(05、07)開(kāi)通比例調(diào)節(jié)管路電解液流量，從而改變釩液流電池運(yùn)行工況，電池運(yùn)行工況再通過(guò)傳感器測(cè)量反饋到釩液流電池智能控制系統(tǒng)，從而形成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種釩液流電池智能控制系統(tǒng)，包括電池堆(01)及一控制設(shè)備，其特征在于:所述電池堆的正、負(fù)端分別通過(guò)管路、電解液循環(huán)泵連接正極電解液罐和負(fù)極電解液罐，使電解液能夠在正、負(fù)極電解液罐和電池堆之間循環(huán)流動(dòng)；所述控制設(shè)備包括有電源管理模塊(21)、控制模塊(11)、通訊模塊(71)、信號(hào)處理模塊(51)和動(dòng)力單元(31);該電源管理模塊的輸入端連接電池堆，輸出端連接控制模塊、信號(hào)處理模塊；該信號(hào)處理模塊輸入端連接電池堆，輸出端連接控制模塊；該控制模塊與動(dòng)力單元連接，且該控制模塊還連接用于與外界通訊的通訊模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩液流電池智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述信號(hào)處理模塊通過(guò)傳感器模塊與電池堆連接，該傳感器模塊設(shè)置于電池堆上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩液流電池智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制模塊還通過(guò)輸入輸出總線連接人機(jī)交互界面，該人機(jī)交互界面設(shè)有手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕、運(yùn)行指示燈、警報(bào)燈、狀態(tài)指示燈、電解液循環(huán)泵運(yùn)行狀況畫面，通過(guò)切換按鈕能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)手動(dòng)、自動(dòng)、調(diào)試、診斷四種運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩液流電池智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制模塊通過(guò)通訊模塊與工業(yè)PC機(jī)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩液流電池智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電源管理模塊(21)外接交流電源和電池堆直流電源，且兩電源自動(dòng)檢測(cè)切換，輸出控制設(shè)備所需各種規(guī)格電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的釩液流電池智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制模塊(11)由DSP和PLC及外圍元器件組成，接收信號(hào)處理模塊(51)的數(shù)字信號(hào)，使用內(nèi)部算法對(duì)其邏輯運(yùn)算，計(jì)算出電池堆的實(shí)時(shí)工作參數(shù)并傳送到人機(jī)交互界面(61)和工業(yè)PC機(jī)(81)顯示，輸出控制信號(hào)和邏輯變量到動(dòng)力單元(31)調(diào)整電池運(yùn)行工況。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的釩液流電池智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述信號(hào)處理模塊(51)采用單片機(jī)做前端采集控制器，將傳感器模塊(41)輸出的電信號(hào)濾波整形，調(diào)整后的模擬電信號(hào)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為控制模塊(11)所能接受的數(shù)字信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的釩液流電池智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器模塊(41)包括電池堆電壓傳感器、單電池電壓傳感器、電池堆電流傳感器、電池堆溫度傳感器、電解液溫度傳感器、正極電解液壓力傳感器、正極電解液流量傳感器、負(fù)極電解液壓力傳感器、負(fù)極電解液流量傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩液流電池智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述動(dòng)力單元(31)包括驅(qū)動(dòng)電解液循環(huán)泵的變頻器和管路控制的電磁閥，接受控制模塊(11)發(fā)出的控制信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器輸出，從而調(diào)節(jié)電解液循環(huán)泵運(yùn)行速度、風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度；通過(guò)調(diào)節(jié)電磁閥開(kāi)通比例調(diào)節(jié)管路電解液流量。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK103730677SQ201410037137
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】張潔, 吳雪文, 周博誠(chéng), 吳雄偉, 蕭榮滔, 呂善光 申請(qǐng)人:湖南省銀峰新能源有限公司